Przegląd transmisyjnej mikroskopii elektronowej
Transmisyjny mikroskop elektronowy (w skrócie TEM) pozwala zobaczyć drobne struktury mniejsze niż 0,2um, których nie można wyraźnie zobaczyć pod mikroskopem optycznym. Struktury te nazywane są submikrostrukturami lub ultrastrukturami. Aby wyraźnie zobaczyć te struktury, konieczne jest wybranie źródła światła o krótszej długości fali, aby poprawić rozdzielczość mikroskopu.
Wstęp
Zasada obrazowania mikroskopu elektronowego i mikroskopu optycznego jest w zasadzie taka sama, różnica polega na tym, że ten pierwszy wykorzystuje wiązkę elektronów jako źródło światła i pole elektromagnetyczne jako soczewkę. Ponadto, ponieważ siła przenikania wiązki elektronów jest bardzo słaba, próbka używana do mikroskopu elektronowego musi być wykonana w ultracienkim przekroju o grubości około 50 nm. Ten wycinek trzeba zrobić ultramikrotomem. Powiększenie mikroskopu elektronowego może sięgać blisko miliona razy. Składa się z pięciu części: systemu oświetlenia, systemu obrazowania, systemu próżniowego, systemu rejestracji i systemu zasilania. Jeśli jest podzielony: główną częścią jest elektroniczny obiektyw i system rejestracji obrazu. Wyrzutnie elektronowe, lustra kondensacyjne, komory na próbki, soczewki obiektywowe, zwierciadła dyfrakcyjne, zwierciadła pośrednie, zwierciadła projekcyjne, ekrany fluorescencyjne i kamery w próżni.
Mikroskop elektronowy to mikroskop, który wykorzystuje elektrony do odsłonięcia wnętrza lub powierzchni obiektu. Długość fali elektronów o dużej prędkości jest krótsza niż długość fali światła widzialnego (dwoistość falowo-cząsteczkowa), a rozdzielczość mikroskopu jest ograniczona długością fali, której używa. Dlatego teoretyczna rozdzielczość mikroskopu elektronowego (około 0,1 nanometra) jest znacznie wyższa niż rozdzielczość mikroskopu optycznego. szybkość (około 200 nm).
Transmisyjny mikroskop elektronowy (w skrócie TEM), zwany transmisyjnym mikroskopem elektronowym [1], polega na rzutowaniu przyspieszonej i skoncentrowanej wiązki elektronów na bardzo cienką próbkę, a elektrony zderzają się z atomami w próbce, zmieniając tym samym kierunek wytwarzanie rozpraszania pod kątem bryłowym. . Wielkość kąta rozpraszania jest związana z gęstością i grubością próbki, dzięki czemu można tworzyć obrazy o różnej jasności i ciemności, które będą wyświetlane na urządzeniach obrazujących (takich jak ekrany fluorescencyjne, błony i światłoczułe komponenty sprzęgające) po powiększeniu i ustawieniu ostrości.
Ze względu na bardzo krótką długość fali de Broglie'a elektronu rozdzielczość transmisyjnego mikroskopu elektronowego jest znacznie wyższa niż w przypadku mikroskopu optycznego, który może osiągnąć 0.{1}},2nm, a powiększenie wynosi dziesiątki tysięcy do milionów razy. Dlatego wykorzystanie transmisyjnej mikroskopii elektronowej może być wykorzystane do obserwacji drobnej struktury próbek, nawet struktury tylko pojedynczej kolumny atomów, która jest dziesiątki tysięcy razy mniejsza niż najmniejsza struktura, jaką można zaobserwować za pomocą mikroskopii optycznej. TEM jest ważną metodą analityczną w wielu dziedzinach nauki związanych z fizyką i biologią, takich jak badania nad rakiem, wirusologia, materiałoznawstwo, a także nanotechnologia, badania półprzewodników itp.
Przy małych powiększeniach kontrast w obrazowaniu TEM wynika głównie z różnej absorpcji elektronów z powodu różnej grubości i składu materiału. Gdy wielokrotność powiększenia jest duża, złożone fluktuacje będą powodować różnice w jasności obrazu, dlatego do analizy uzyskanego obrazu wymagana jest fachowa wiedza. Korzystając z różnych trybów TEM, możliwe jest zobrazowanie próbki na podstawie jej właściwości chemicznych, orientacji krystalograficznej, struktury elektronowej, elektronowego przesunięcia fazowego przez próbkę i ogólnie absorpcji elektronów.
Pierwszy TEM został opracowany przez Maxa Knorra i Ernsta Ruskę w 1931 r., ta grupa badawcza opracowała pierwszy TEM z rozdzielczością poza światłem widzialnym w 1933 r., a pierwszy komercyjny TEM w 1939 r. odniósł sukces.
Duży TEM
Wielkoskalowe transmisyjne mikroskopy elektronowe (konwencjonalne TEM) generalnie wykorzystują napięcie przyspieszające wiązkę elektronów 80-300} kV. Różne modele odpowiadają różnym napięciom przyspieszenia wiązki elektronów. Rozdzielczość jest związana z napięciem przyspieszenia wiązki elektronów, które może osiągnąć 0.2-0.1nm. Wysokiej klasy modele mogą osiągnąć rozróżnienie na poziomie atomowym.
Niskonapięciowa TEM
Napięcie przyspieszenia wiązki elektronów (5 kV) stosowane w niskonapięciowym małym TEM (niskonapięciowym mikroskopie elektronowym, LVEM) jest znacznie niższe niż w dużym TEM. Niższe napięcie przyspieszające zwiększy siłę oddziaływania między wiązką elektronów a próbką, poprawiając w ten sposób kontrast i kontrast obrazu, co jest szczególnie przydatne w przypadku próbek takich jak polimery i biologia; w tym samym czasie niskonapięciowy transmisyjny mikroskop elektronowy spowoduje mniejsze uszkodzenia próbki.
Rozdzielczość jest niższa niż w dużym mikroskopie elektronowym, 1-2nm. Ze względu na niskie napięcie TEM, SEM i STEM można łączyć w jednym urządzeniu
Cryo-EM
Kriomikroskopia jest zwykle wyposażona w sprzęt do zamrażania próbek na zwykłym transmisyjnym mikroskopie elektronowym w celu schłodzenia próbki do temperatury ciekłego azotu (77K), który jest używany do obserwacji próbek wrażliwych na temperaturę, takich jak białka i skrawki biologiczne. Zamrażając próbkę, można zmniejszyć uszkodzenia próbki przez wiązkę elektronów, zmniejszyć deformację próbki i uzyskać bardziej realistyczny kształt próbki.
